WO2017163917A1 - アクチュエータ及び触感呈示装置 - Google Patents

アクチュエータ及び触感呈示装置 Download PDF

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    • H10N30/2041—Beam type

Definitions

  • the present disclosure relates to an actuator and a tactile sensation presentation apparatus.
  • an actuator that generates vibration is disposed in a touch sensor or the like.
  • the actuator is, for example, a unimorph.
  • a vibration target such as a touch sensor
  • a tactile sensation is presented to the user who touches the vibration target (see, for example, Patent Document 1).
  • the vibration of the actuator is efficiently transmitted to the vibration target, and the actuator is required to be configured with a small number of parts.
  • An actuator includes a piezoelectric element, a diaphragm, and a support portion.
  • the diaphragm is joined to the piezoelectric element and vibrates according to the displacement of the piezoelectric element.
  • the support portion supports the diaphragm.
  • the diaphragm and the support portion are integrally molded.
  • a tactile sensation providing apparatus includes an actuator having a piezoelectric element, a diaphragm, and a support portion.
  • the diaphragm is joined to the piezoelectric element and vibrates according to the displacement of the piezoelectric element.
  • the support portion supports the diaphragm.
  • the tactile sensation providing apparatus includes a vibration target that transmits vibrations of the diaphragm and presents a tactile sensation to the user.
  • the diaphragm and the support portion are integrally molded.
  • FIG. It is the perspective view which looked at the structural example of the actuator from the side joined to a housing
  • 3 is an example of functional blocks of the tactile sensation providing apparatus according to the first embodiment. It is an example of the cross-sectional shape of a flame
  • the tactile sensation presented to the user by the tactile sensation presentation apparatus can be determined according to the magnitude of vibration of the vibration target. It is required that the vibration generated by the actuator is increased so that the vibration is efficiently transmitted to the vibration target so that the vibration target is greatly vibrated.
  • a support member for supporting the actuator on a housing or the like is provided.
  • a part such as rubber may be used as the support member.
  • parts such as rubber are used, the number of parts increases. An increase in the number of parts may lead to a decrease in reliability. An increase in the number of parts may lead to an increase in manufacturing cost.
  • the actuator according to the present embodiment can be used for various devices.
  • the tactile sensation providing apparatus according to the present embodiment can be a car navigation system or an in-vehicle device such as a steering or power window switch.
  • the tactile sensation providing apparatus can be a mobile phone, a smartphone, a tablet PC (Personal Computer), a notebook PC, or the like.
  • the tactile sensation providing device is not limited to these, and may be various electronic devices such as a desktop PC, a home appliance, an industrial device or an FA (Factory Automation) device, or a dedicated terminal.
  • the drawings used in the following description are schematic. The dimensional ratios on the drawings do not necessarily match the actual ones.
  • the tactile sensation providing apparatus 1 includes an actuator 10, a housing 20, and a vibration target 30.
  • the actuator 10 includes a piezoelectric element 11, a diaphragm 12, a support part 13, a fixing part 14, and a holding part 15.
  • the actuator 10 is joined to the housing 20 via the fixing portion 14.
  • the vibration target 30 is joined to the actuator 10 via the holding unit 15.
  • the piezoelectric element 11 has a rectangular shape, for example.
  • the piezoelectric element 11 is expanded and contracted in various patterns in the longitudinal direction according to the applied voltage signal.
  • the piezoelectric element 11 may have other shapes.
  • the piezoelectric element 11 may be a piezoelectric film or a piezoelectric ceramic. Piezoelectric ceramics can generate vibrations with greater vibrational energy than piezoelectric films.
  • the piezoelectric element 11 may be replaced with a magnetostrictive element.
  • the magnetostrictive element expands and contracts according to the applied magnetic field.
  • a magnetostrictive element When a magnetostrictive element is used, a coil or the like that converts an applied voltage signal into a magnetic field is also used.
  • the diaphragm 12 is a rectangular plate-like member having a predetermined thickness.
  • the diaphragm 12 may be a member having another shape.
  • the diaphragm 12 is, for example, a thin plate having elasticity.
  • the diaphragm 12 may be made of metal, resin, or a composite material such as metal and resin.
  • the diaphragm 12 may be a metal thin plate.
  • the metal thin plate is also called a shim plate.
  • the surface facing the housing 20 side is also referred to as a first main surface 12a.
  • the surface facing the vibration target 30 side is also referred to as a second main surface 12b.
  • the piezoelectric element 11 is provided on the first main surface 12 a of the diaphragm 12.
  • the piezoelectric element 11 is provided so that the longitudinal direction of the piezoelectric element 11 coincides with the longitudinal direction of the diaphragm 12.
  • a holding portion 15 is provided on the second main surface 12 b of the diaphragm 12. Each of the piezoelectric element 11 and the holding portion 15 is joined to the diaphragm 12 by a method such as adhesion.
  • the structure in which the piezoelectric element 11 is provided on the first main surface 12a of the diaphragm 12 is a so-called monomorph.
  • the monomorph expansion / contraction displacement of the piezoelectric element 11 causes bending vibration of the diaphragm 12.
  • the diaphragm 12 has the maximum amplitude in the normal direction of the first main surface 12 a at the other end of the diaphragm 12. Vibrates like When both ends of the diaphragm 12 are supported by the housing 20, the diaphragm 12 vibrates so that the amplitude in the normal direction of the first main surface 12 a near the center of the diaphragm 12 is maximized.
  • Support portions 13 are provided at both ends in the longitudinal direction of the diaphragm 12.
  • the support unit 13 maintains a clearance between the piezoelectric element 11 and the housing 20 so that the diaphragm 12 does not collide with the housing 20 even if the diaphragm 12 vibrates according to the displacement of the piezoelectric element 11.
  • the support portion 13 is a thin plate having elasticity, for example, like the diaphragm 12.
  • the support portion 13 may be made of the same material as the diaphragm 12 or may be made of a different material.
  • the fixing unit 14 may be fixed to the housing 20 by, for example, screwing or bonding.
  • the fixed portion 14 may be a thin plate having elasticity, for example, like the diaphragm 12.
  • the fixing portion 14 may be made of the same material as the diaphragm 12 or may be made of a different material.
  • the diaphragm 12, the support portion 13, and the fixed portion 14 are integrally molded.
  • a member in which the diaphragm 12, the support portion 13, and the fixing portion 14 are integrally molded is also referred to as a frame 10 a of the actuator 10.
  • the frame 10a according to the present embodiment is composed of the same material as a whole.
  • the frame 10a may be integrally formed by, for example, bending a single metal thin plate by sheet metal processing.
  • the frame 10a may be integrally molded by welding the diaphragm 12, the support portion 13, and the fixed portion 14, respectively.
  • the frame 10a may be made by integral molding of resin.
  • the holding unit 15 may be made of, for example, a rubber material.
  • the holding part 15 is not limited to a rubber material or the like, and may be made of another material such as a metal.
  • the holding part 15 is provided on the second main surface 12 b side of the diaphragm 12.
  • the holding part 15 is joined to the diaphragm 12 by using a method such as adhesion.
  • the holding portion 15 is provided near the center on the second main surface 12b side.
  • the position where the holding part 15 is provided is not limited to the vicinity of the center.
  • the holding unit 15 may be provided in a portion having the maximum amplitude of the diaphragm 12.
  • the vibrating object 30 is bonded to the holding unit 15 by using a method such as adhesion.
  • the holding unit 15 may have a large elastic coefficient in the vibration direction of the diaphragm 12, that is, the normal direction of the first main surface 12a, so that the vibration of the diaphragm 12 is efficiently transmitted to the vibration target 30.
  • the holding part 15 may have a small elastic coefficient in a direction parallel to the first main surface 12 a of the diaphragm 12.
  • the actuator 10 is joined to the housing 20 by the fixing portion 14.
  • the housing 20 has a larger mass and higher rigidity than the actuator 10.
  • the housing 20 is assumed to be a rigid body.
  • the vibration target 30 may be, for example, a touch sensor 50 (see FIG. 3) or a switch provided in the device.
  • the actuator 10 is joined to the vibration target 30 by the holding unit 15.
  • vibration generated by the actuator 10 is mainly transmitted to the vibration target 30. By transmitting vibration from the actuator 10 to the vibration target 30, the vibration target 30 can present a tactile sensation to the touched user.
  • the tactile sensation providing apparatus 1 further includes a controller 40.
  • the controller 40 can be configured by a processor or a microcomputer that can execute application software.
  • the controller 40 may appropriately include a storage unit configured by a memory or the like that can store various types of information as necessary.
  • the controller 40 is connected to the actuator 10.
  • the controller 40 outputs a drive signal to the actuator 10.
  • the drive signal may be a voltage signal applied to the piezoelectric element 11 of the actuator 10.
  • the piezoelectric element 11 expands and contracts in the longitudinal direction according to the drive signal acquired from the controller 40.
  • the diaphragm 12 of the actuator 10 exemplified in FIGS. 1, 2A and 2B bends according to the displacement of the piezoelectric element 11.
  • the piezoelectric element 11 When the piezoelectric element 11 is displaced in a direction contracting in the longitudinal direction of the diaphragm 12, the diaphragm 12 bends so that the second main surface 12b side is convex.
  • the piezoelectric element 11 is displaced in a direction extending in the longitudinal direction of the diaphragm 12, the diaphragm 12 is bent so that the first main surface 12a side is convex.
  • the displacement of the piezoelectric element 11 is converted into vibration in the normal direction of the first main surface 12a of the diaphragm 12.
  • the piezoelectric element 11 is displaced only in the direction of contraction in response to application of a voltage signal.
  • the diaphragm 12 vibrates between a state bent so that the second main surface 12b side is convex and a normal straight state.
  • the displacement of the piezoelectric element 11 is not limited to the direction in which the piezoelectric element 11 contracts in response to the application of the voltage signal.
  • the piezoelectric element 11 may be configured to be displaced in an extending direction in response to application of a voltage signal, or may be configured to be displaced in either an extending direction or a contracting direction.
  • the controller 40 drives the actuator 10 to vibrate the diaphragm 12.
  • the vibration of the diaphragm 12 is transmitted to the vibration target 30 through the holding unit 15.
  • the tactile sensation is presented to the user who touched the vibration target 30 by the vibration transmitted to the vibration target 30.
  • the controller 40 may be connected to a touch sensor 50 as shown in FIG. 3, for example.
  • the controller 40 may output a drive signal to the actuator 10 according to the signal acquired from the touch sensor 50.
  • the touch sensor 50 may be the vibration target 30 of the tactile sensation providing apparatus 1.
  • the touch sensor 50 detects that the user is touching the vibration target 30.
  • the controller 40 vibrates the vibration target 30 when the user is touching the vibration target 30. By doing so, the tactile sensation providing apparatus 1 can present a tactile sensation to the user who has touched the vibration target 30.
  • the touch sensor 50 may be provided as a separate configuration from the vibration target 30 of the tactile sensation providing apparatus 1.
  • the frame 10 a of the actuator 10 is elastically deformed according to the driving of the actuator 10.
  • the support portion 13 is substantially upright with respect to the fixed portion 14 as illustrated in FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • the piezoelectric element 11 is not expanded and contracted, the support portion 13 is substantially upright with respect to the fixed portion 14.
  • the piezoelectric element 11 is displaced in the contracting direction, as shown in FIG. 4, the diaphragm 12 bends so that the second main surface 12b side is convex.
  • the upper portion of the support portion 13 is pulled by the diaphragm 12 according to the bending of the diaphragm 12.
  • the lower part of the support part 13 is fixed by a fixing part 14. As a result, the support part 13 is inclined. Compared with the frame 10a illustrated in FIGS. 1, 2A, and 2B, the angle formed by the diaphragm 12 and the support portion 13 and the angle formed by the support portion 13 and the fixing portion 14 are larger. .
  • the joint portion between the diaphragm 12 and the support portion 13 and the joint portion between the support portion 13 and the fixing portion 14 are elastically deformed so as not to disturb the vibration of the diaphragm 12.
  • the support portion 13 may be bent and function like a leaf spring.
  • the angle formed by the diaphragm 12 and the support portion 13 and the angle formed by the support portion 13 and the fixed portion 14 may be obtuse.
  • the cross-sectional shape of the support portion 13 may be a zigzag folded shape.
  • the support unit 13 may be configured to transmit vibration to the vibration target 30 via the holding unit 15 without absorbing vibration of the diaphragm 12 as much as possible.
  • the support portion 13 may be configured such that the elastic coefficient in the vibration direction of the diaphragm 12 increases and the elastic coefficient in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element 11 decreases.
  • the vibration direction of the diaphragm 12 corresponds to the normal direction of the first main surface 12 a of the diaphragm 12.
  • the expansion / contraction direction of the piezoelectric element 11 corresponds to the longitudinal direction of the first main surface 12 a of the diaphragm 12.
  • the support portion 13 may be configured such that the end portion of the diaphragm 12 is displaced in the longitudinal direction larger than the normal direction of the diaphragm 12 in accordance with the expansion and contraction of the piezoelectric element 11.
  • the support portion 13 is configured so that the displacement of the end portion of the vibration plate 12 in the normal direction of the vibration plate 12 is reduced, the vibration of the vibration plate 12 is efficiently transmitted to the vibration target 30.
  • the support portion 13 is configured so that the displacement of the end portion of the diaphragm 12 in the longitudinal direction of the diaphragm 12 is increased, vibration attenuation of the diaphragm 12 is reduced.
  • the diaphragm 12 and the support portion 13 are integrally molded. Compared with the case where the diaphragm 12 and the support portion 13 are configured as separate components, the vibration attenuation of the diaphragm 12 generated according to the expansion and contraction displacement of the piezoelectric element 11 is reduced by the support portion 13, and the component The number of points and assembly man-hours are reduced. In addition, by not using an adhesive between the diaphragm 12 and the support portion 13, an average failure interval is extended and a yield at the time of assembly is improved. The average failure interval is also called MTBF (Mean Time Between Failure).
  • MTBF Mel Time Between Failure
  • the frame 10a of the actuator 10 is composed of the same material as a whole.
  • the material of the diaphragm 12 and the material of the support portion 13 are different from each other.
  • the configuration example of the tactile sensation providing apparatus 1 according to the second embodiment shown in FIG. 6 has points that are different from those in FIG. Hereinafter, differences from FIG. 1 will be described.
  • the diaphragm 12 may be a thin plate having elasticity, for example, as in the first embodiment.
  • the support part 13 shall be comprised with a resin material.
  • the resin material may be a rubber material such as silicon rubber, or may be a sponge material such as a hard sponge.
  • the support unit 13 is configured to be elastically deformed so as to reduce the vibration attenuation of the diaphragm 12.
  • the support portion 13 is directly joined to the housing 20 by a method such as adhesion.
  • the diaphragm 12 and the support portion 13 are integrally molded.
  • the diaphragm 12 and the support portion 13 may be integrally formed by molding a resin that becomes the support portion 13 around the metal diaphragm 12.
  • the diaphragm 12 and the support part 13 may be integrally formed by fitting the support part 13 made of resin in the fitting part provided on the metal diaphragm 12.
  • the diaphragm 12 and the support portion 13 may be integrally formed by applying a primer to a joint surface provided on the surface of the metal diaphragm 12 and molding a resin on the joint surface.
  • the diaphragm 12 and the support portion 13 may be integrally formed by performing fine processing on a joint surface provided on the surface of the metal diaphragm 12 and molding a resin on the joint surface.
  • the diaphragm 12 and the support portion 13 made of different materials are integrally formed.
  • the vibration attenuation of the diaphragm 12 generated according to the displacement of the piezoelectric element 11 can be reduced by the support portion 13, and the component The number of points and assembly man-hours can be reduced.
  • the average failure interval can be extended and the yield during assembly can be improved.
  • the actuator 10 may be configured not to include the fixing unit 14.
  • the end portion of the support portion 13 is joined to the housing 20 by adhesion or the like.
  • the end portion of the support portion 13 may be configured to be swingable about the joined portion.
  • the number of parts can be reduced, and reliability can be improved and cost can be reduced.

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Abstract

アクチュエータは、圧電素子と、圧電素子が接合され、圧電素子の変位に応じて振動する振動板と、振動板を支持する支持部とを備える。振動板と支持部とが一体成型されている。

Description

アクチュエータ及び触感呈示装置 関連出願へのクロスリファレンス
　本出願は、日本国特許出願２０１６－６０５８９号（２０１６年３月２４日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本開示は、アクチュエータ及び触感呈示装置に関する。
　従来、振動を発生させるアクチュエータがタッチセンサ等に配設されている。アクチュエータは、例えばユニモルフ等である。アクチュエータが、タッチセンサ等の振動対象を振動させることにより、振動対象にタッチするユーザに対して触感が呈示される（例えば、特許文献１参照）。アクチュエータの振動が振動対象へ効率よく伝達されるとともに、アクチュエータが少ない点数の部品で構成されることが求められる。
特許第５４５２７２９号公報
　本開示の一実施形態に係るアクチュエータは、圧電素子と、振動板と、支持部とを備える。前記振動板は、前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する。前記支持部は、前記振動板を支持する。前記振動板と前記支持部とは、一体成型されている。
　本開示の一実施形態に係る触感呈示装置は、圧電素子と、振動板と、支持部とを有するアクチュエータを備える。前記振動板は、前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する。前記支持部は、前記振動板を支持する。前記触感呈示装置は、前記振動板の振動が伝達され、ユーザに対して触感を呈示する振動対象を備える。前記振動板と前記支持部とは、一体成型されている。
実施形態１に係る触感呈示装置の構成例を示す要部断面図である。 アクチュエータの構成例を筐体に接合される側から見た斜視図である。 アクチュエータの構成例を振動対象に接合される側から見た斜視図である。 実施形態１に係る触感呈示装置の機能ブロックの一例である。 圧電素子が縮む方向に変位した場合のフレームの断面形状の例である。 支持部の形状を他の形状としたフレームの例である。 支持部の形状を他の形状としたフレームの例である。 実施形態２に係る触感呈示装置の構成例を示す要部断面図である。
　触感呈示装置によってユーザに対して呈示される触感は、振動対象の振動の大きさに応じて決定されうる。振動対象が大きく振動されるように、アクチュエータが発生する振動を大きくしつつ、その振動が振動対象へ効率よく伝達されることが求められる。
　例えば、ユニモルフのアクチュエータが振動対象に配設される場合、アクチュエータを筐体等に支持する支持部材が設けられる。アクチュエータの振動の減衰を低減し、振動対象への振動の伝達効率を向上させるために、支持部材としてゴム等の部品が用いられることがある。ゴム等の部品が用いられる場合、部品点数が増加することとなる。部品点数の増加は、信頼性の低下につながるおそれがある。部品点数の増加は、製造コストの増大につながるおそれもある。
（実施形態１）
　本実施形態に係るアクチュエータは、種々の機器に用いられうる。本実施形態に係る触感呈示装置は、カーナビゲーションシステム、又は、ステアリング若しくはパワーウィンドウのスイッチ等の車載機器とされうる。触感呈示装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）、ノートＰＣ等とすることができる。触感呈示装置はこれらに限定されるものではなく、デスクトップＰＣ、家電製品、産業用機器若しくはＦＡ（Factory Automation）機器、又は専用端末等、種々の電子機器とされうる。以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
［触感呈示装置の構成例］
　図１に示されるように、本実施形態に係る触感呈示装置１は、アクチュエータ１０と、筐体２０と、振動対象３０とを備える。
　アクチュエータ１０は、圧電素子１１と、振動板１２と、支持部１３と、固定部１４と、保持部１５とを備える。アクチュエータ１０は、固定部１４を介して筐体２０に接合される。アクチュエータ１０には、保持部１５を介して振動対象３０が接合される。
　図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、アクチュエータ１０の各部についての説明がなされる。
　圧電素子１１は、例えば長方形状である。圧電素子１１は、印加される電圧信号に応じて長手方向に種々のパターンで伸縮変位する。圧電素子１１は、他の形状であってよい。圧電素子１１は、圧電フィルムであってよいし、圧電セラミックであってよい。圧電セラミックは、圧電フィルムよりも、より大きい振動エネルギーを有する振動を発生させることができる。
　圧電素子１１は、磁歪素子に置換されてよい。磁歪素子は、印加される磁界に応じて伸縮する。磁歪素子が用いられる場合、印加される電圧信号を磁界に変換するコイル等があわせて用いられる。
　振動板１２は、所定の厚みを有する長方形の板状の部材である。振動板１２は、他の形状の部材であってよい。振動板１２は、例えば、弾性を有する薄板である。振動板１２は、金属、樹脂、又は、金属及び樹脂等の複合材料等で構成されてよい。振動板１２は、金属薄板であってよい。金属薄板は、シム板ともいう。筐体２０の側に対向する面は、第１主面１２ａともいう。振動対象３０の側に対向する面は、第２主面１２ｂともいう。
　振動板１２の第１主面１２ａには、圧電素子１１が設けられる。圧電素子１１は、圧電素子１１の長手方向が振動板１２の長手方向と一致するように設けられる。振動板１２の第２主面１２ｂには、保持部１５が設けられる。圧電素子１１及び保持部１５はそれぞれ、接着等の方法で振動板１２に接合される。
　振動板１２の第１主面１２ａに圧電素子１１が設けられた構造は、いわゆるモノモルフである。モノモルフにおいては、圧電素子１１の伸縮変位が、振動板１２の屈曲振動を引き起こす。振動板１２は、振動板１２の一方の端部のみが筐体２０に支持されている場合には、振動板１２の他方の端部における第１主面１２ａの法線方向の振幅が最大になるように振動する。振動板１２は、振動板１２の両端が筐体２０に支持されている場合には、振動板１２の中央付近における第１主面１２ａの法線方向の振幅が最大になるように振動する。
　振動板１２の長手方向の両端にはそれぞれ、支持部１３が設けられる。支持部１３は、圧電素子１１の変位に応じて振動板１２が振動しても筐体２０に衝突しないように圧電素子１１と筐体２０との間のクリアランスを保つ。支持部１３は、振動板１２と同様に、例えば弾性を有する薄板である。支持部１３は、振動板１２と同一の材料で構成されてよいし、異なる材料で構成されてよい。振動板１２は、振動板１２の両端が支持されている場合、圧電素子１１の変位に応じて、振動板１２の中央付近における振幅が最大になるように振動する。
　支持部１３の一方の端部は、振動板１２に接続される。支持部１３の他方の端部は、固定部１４に接続される。固定部１４は、例えば、ねじ止め又は接着等により筐体２０に固定されてよい。固定部１４は、例えば振動板１２と同様に、弾性を有する薄板であってよい。固定部１４は、振動板１２と同一の材料で構成されてよいし、異なる材料で構成されてよい。
　本実施形態に係るアクチュエータ１０において、振動板１２と支持部１３と固定部１４とは、一体成型されている。以下、振動板１２と支持部１３と固定部１４とが一体成型された部材を、アクチュエータ１０のフレーム１０ａともいう。本実施形態に係るフレーム１０ａは、全体として同一の材料で構成される。フレーム１０ａは、例えば、一枚の金属の薄板を板金加工により折り曲げることにより一体成型されてよい。フレーム１０ａは、振動板１２と支持部１３と固定部１４とがそれぞれ溶接されて一体に成型されてよい。フレーム１０ａは、樹脂の一体成型によって作られてよい。
　保持部１５は、例えばゴム材料等で構成されてよい。保持部１５は、ゴム材料等に限られず、金属等の他の材料で構成されてよい。保持部１５は、振動板１２の第２主面１２ｂの側に設けられる。保持部１５は、例えば接着等の方法を用いて振動板１２に接合される。保持部１５は、第２主面１２ｂの側の中央付近に設けられる。保持部１５が設けられる位置は中央付近に限られない。保持部１５は、振動板１２の最大の振幅となる部分に設けられてよい。保持部１５には、例えば接着等の方法を用いて振動対象３０が接合される。
　保持部１５は、振動板１２の振動が振動対象３０に効率よく伝達されるように、振動板１２の振動方向、つまり第１主面１２ａの法線方向に大きい弾性係数を有してよい。一方で保持部１５は、振動板１２の第１主面１２ａに平行な方向に小さい弾性係数を有してよい。このようにすることで、外力による触感呈示装置１の破損の可能性が低減されうる。弾性係数は、部材にかかる外力と部材の変位量との関係を示す定数である。部材に係る外力は、変位量と弾性係数との積に対応する。つまり同じ外力に対する変位量は、弾性係数が小さいほど大きくなる。
　筐体２０には、固定部１４によってアクチュエータ１０が接合される。筐体２０は、アクチュエータ１０と比較して大きい質量と、高い剛性とを有する。本実施形態において、筐体２０は剛体とみなされるものとする。振動対象３０は、例えば機器に備えられるタッチセンサ５０（図３参照）又はスイッチ等であってよい。振動対象３０には、保持部１５によってアクチュエータ１０が接合される。筐体２０が剛体とみなされる場合、アクチュエータ１０が発生する振動は、主に振動対象３０に伝達される。アクチュエータ１０から振動対象３０に振動が伝達されることによって、振動対象３０は、タッチしたユーザに触感を呈示することができる。
［触感呈示装置の動作例］
　図３に示されるように、触感呈示装置１は、コントローラ４０をさらに備える。コントローラ４０は、アプリケーションソフトウェアを実行可能なプロセッサまたはマイクロコンピュータ等によって構成されうる。コントローラ４０は、必要に応じて各種情報を記憶することができるメモリ等によって構成される記憶部等も適宜含みうる。
　図３に示されるように、コントローラ４０は、アクチュエータ１０に接続される。コントローラ４０は、アクチュエータ１０に駆動信号を出力する。駆動信号は、アクチュエータ１０の圧電素子１１に対して印加される電圧信号であってよい。
　圧電素子１１は、コントローラ４０から取得した駆動信号に応じて、長手方向に伸縮変位する。図１、図２Ａ及び図２Ｂに例示されるアクチュエータ１０の振動板１２は、圧電素子１１の変位に応じて屈曲する。圧電素子１１が振動板１２の長手方向に縮む方向に変位した場合、振動板１２は第２主面１２ｂの側が凸になるように屈曲する。圧電素子１１が振動板１２の長手方向に伸びる方向に変位した場合、振動板１２は第１主面１２ａの側が凸になるように屈曲する。圧電素子１１の変位は、振動板１２の第１主面１２ａの法線方向の振動に変換される。
　本実施形態においては、圧電素子１１は、電圧信号の印加に応じて縮む方向にのみ変位するものとする。この場合、振動板１２は、第２主面１２ｂの側が凸になるように屈曲した状態と、通常のまっすぐな状態との間で振動する。圧電素子１１の変位は、電圧信号の印加に応じて縮む方向に限られない。圧電素子１１は、電圧信号の印加に応じて伸びる方向に変位するように構成されてよいし、伸びる方向及び縮む方向のいずれにも変位するように構成されてよい。
　以上のようにして、コントローラ４０は、アクチュエータ１０を駆動し、振動板１２を振動させる。振動板１２の振動は、保持部１５を介して振動対象３０に伝達される。振動対象３０に伝達された振動によって、振動対象３０にタッチしたユーザに対して触感が呈示される。
　コントローラ４０は、例えば図３に示されるように、タッチセンサ５０に接続されてよい。この場合、コントローラ４０は、タッチセンサ５０から取得した信号に応じて、アクチュエータ１０に駆動信号を出力してよい。タッチセンサ５０は、触感呈示装置１の振動対象３０であってよい。この場合、ユーザが振動対象３０にタッチしていることがタッチセンサ５０により検出される。コントローラ４０は、ユーザが振動対象３０にタッチしているときに振動対象３０を振動させる。このようにすることで、触感呈示装置１は、振動対象３０にタッチしたユーザに対して触感を呈示することができる。タッチセンサ５０は、触感呈示装置１の振動対象３０とは別個の構成として設けられてよい。
［フレームの形状］
　アクチュエータ１０のフレーム１０ａは、アクチュエータ１０の駆動に応じて弾性変形する。圧電素子１１に電圧信号が印加されていない場合、図１、図２Ａ及び図２Ｂに例示されるように、支持部１３は、固定部１４に対して略直立である。言い換えれば、圧電素子１１が伸縮変位していない場合、支持部１３は、固定部１４に対して略直立である。一方で圧電素子１１が縮む方向に変位した場合、図４に示されるように、振動板１２は、第２主面１２ｂの側が凸になるように屈曲する。振動板１２の屈曲に応じて、支持部１３の上部は振動板１２に引っ張られる。支持部１３の下部は固定部１４で固定される。結果として、支持部１３は傾く。図１、図２Ａ及び図２Ｂに例示されるフレーム１０ａと比較して、振動板１２と支持部１３とがなす角度、及び、支持部１３と固定部１４とがなす角度がそれぞれ大きくなっている。
　図４に例示されるように、振動板１２と支持部１３との接合部、及び、支持部１３と固定部１４との接合部は、振動板１２の振動を妨げないように弾性変形する。支持部１３は、屈曲して板ばねのように機能してよい。図５Ａに示されるように、振動板１２と支持部１３とがなす角度、及び、支持部１３と固定部１４とがなす角度が鈍角になっていてよい。図５Ｂに示されるように、支持部１３の断面形状がつづら折り形状になっていてよい。
　支持部１３は、振動板１２の振動をできるだけ吸収せずに、保持部１５を介して振動対象３０に振動を伝達するように構成されてよい。支持部１３は、振動板１２の振動方向の弾性係数が大きくなるとともに、圧電素子１１の伸縮方向の弾性係数が小さくなるように構成されてよい。振動板１２の振動方向は、振動板１２の第１主面１２ａの法線方向に対応する。圧電素子１１の伸縮方向は、振動板１２の第１主面１２ａの長手方向に対応する。言い換えれば、振動板１２の端部が圧電素子１１の伸縮変位に応じて振動板１２の法線方向よりも長手方向に大きく変位するように、支持部１３が構成されてよい。振動板１２の端部の振動板１２の法線方向への変位が小さくなるように支持部１３が構成される場合、振動板１２の振動が振動対象３０に効率よく伝達される。振動板１２の端部の振動板１２の長手方向への変位が大きくなるように支持部１３が構成される場合、振動板１２の振動の減衰が低減される。
　実施形態１に係るアクチュエータ１０によれば、振動板１２と支持部１３とが一体成型される。振動板１２と支持部１３とが別個の部品として構成される場合と比較して、圧電素子１１の伸縮変位に応じて発生する振動板１２の振動の減衰が支持部１３によって低減されつつ、部品点数及び組み立て工数が削減される。また、振動板１２と支持部１３との間に接着剤を用いないことにより、平均故障間隔が延びたり、組み立て時の歩留まりが向上したりする。平均故障間隔は、ＭＴＢＦ(Mean Time Between Failure)ともいう。
（実施形態２）
　実施形態１では、アクチュエータ１０のフレーム１０ａが全体として同一の材料で構成されるものとした。実施形態２では、振動板１２の材料と支持部１３の材料とが異なる構成とされるものとする。図６に示される、実施形態２に係る触感呈示装置１の構成例は、図１と共通する点と相違する点とを有する。以下、図１との相違点についての説明がなされる。
　本実施形態において、振動板１２は、実施形態１と同様に、例えば弾性を有する薄板等であってよい。支持部１３は樹脂材料で構成されるものとする。樹脂材料は、例えばシリコンゴム等のゴム材料であってよいし、硬質スポンジ等のスポンジ材料であってよい。支持部１３は、実施形態１と同様に、振動板１２の振動の減衰を低減するように弾性変形するように構成される。支持部１３は、例えば接着等の方法で筐体２０に直接接合される。
　本実施形態において、振動板１２と支持部１３とは一体成型される。例えば、金属の振動板１２の周りに支持部１３となる樹脂を成型することによって、振動板１２と支持部１３とが一体成型されてよい。金属の振動板１２に設けられる嵌合部において、樹脂で構成される支持部１３が嵌合されることによって、振動板１２と支持部１３とが一体成型されてよい。金属の振動板１２の表面に設けられた接合面にプライマーが塗布され、当該接合面に樹脂が成型されることによって、振動板１２と支持部１３とが一体成型されてよい。金属の振動板１２の表面に設けられた接合面に微細加工が施され、当該接合面に樹脂が成型されることによって、振動板１２と支持部１３とが一体成型されてよい。
　実施形態２に係るアクチュエータ１０によれば、材料が互いに異なる振動板１２と支持部１３とが一体成型される。振動板１２と支持部１３とが別個の部品として構成される場合と比較して、圧電素子１１の変位に応じて発生する振動板１２の振動の減衰が支持部１３によって低減されうるとともに、部品点数及び組み立て工数が削減されうる。振動板１２と支持部１３との間に接着剤を用いないことによって、平均故障間隔が延びうるとともに、組み立て時の歩留まりが向上しうる。
（他の実施形態）
　実施形態１又は２において、アクチュエータ１０は、固定部１４を備えない構成とされてよい。この場合、支持部１３の端部が、接着等により筐体２０に接合される。支持部１３の端部は、接合された部分を中心に揺動可能に構成されてよい。
　本開示に係る触感呈示装置１及びアクチュエータ１０によれば、部品点数が削減されうるとともに、信頼性の向上及びコストダウンが実現されうる。
　本開示に係る実施形態について諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。
　１　触感呈示装置
　１０　アクチュエータ
　１０ａ　フレーム
　１１　圧電素子
　１２　振動板
　１２ａ　第１主面
　１２ｂ　第２主面
　１３　支持部
　１４　固定部
　１５　保持部
　２０　筐体
　３０　振動対象
　４０　コントローラ
　５０　タッチセンサ
 

Claims (6)

  1. 　圧電素子と、
    　前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する振動板と、
    　前記振動板を支持する支持部と
    を備え、
    　前記振動板と前記支持部とが一体成型されている、アクチュエータ。
  2. 　前記振動板と前記支持部とは、それぞれ異なる材料からなる、請求項１に記載のアクチュエータ。
  3. 　前記支持部は、前記圧電素子の変位に応じて、前記振動板の端部が前記振動板の法線方向よりも長手方向に大きく変位するように構成される、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
  4. 　圧電素子と、
    　前記圧電素子が接合され、前記圧電素子の変位に応じて振動する振動板と、
    　前記振動板を支持する支持部と
    を有するアクチュエータと、
    　前記振動板の振動が伝達され、ユーザに対して触感を呈示する振動対象と
    を備え、
    　前記振動板と前記支持部とが一体成型されている、触感呈示装置。
  5. 　前記振動板と前記支持部とは、それぞれ異なる材料からなる、請求項４に記載の触感呈示装置。
  6. 　前記支持部は、前記圧電素子の変位に応じて、前記振動板の端部が前記振動板の法線方向よりも長手方向に大きく変位するように構成される、請求項４又は５に記載の触感呈示装置。
     
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